ZigBee通信技術在智能家居建筑中的應用

祁憧憬

摘 要：簡要介紹了ZigBee技術的作用及相關類型，分析了ZicBee技術的特性和性能，通過各種傳感器等電子產(chǎn)品將其應用于智能家居建筑中。ZigBee通信協(xié)議在家用電器和電子設備得以應用，它把元素都聯(lián)系在一起，組成同一個網(wǎng)絡。ZigBee通信協(xié)議所具備的低功耗無線短距控制網(wǎng)絡滿足了智能化家居控制對通信系統(tǒng)的要求，它實現(xiàn)了簡單化和便捷化，更換開關便能實現(xiàn)使用，即節(jié)約能源又保障安全，使得智能化家居控制更貼心、舒心和放心。

關鍵詞：ZigBee 電子產(chǎn)品 智能家居建筑 智能控制

中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0197-02

由于信息和網(wǎng)絡技術日益進入人們的生活，人們正在追求生活細節(jié)的簡單化，向往生活智能化，盼望在家居建筑中都能置入智能化程序，享受“一鍵”式的簡單生活操作。因此，智能家居等概念被很快推廣，特別是各種新研究成果在智能家居控制中不斷得到應用，ZigBee通信技術便是其中非常重要的一種。家庭中那些獨立的家用電器利用ZigBee通信協(xié)議組成了一個統(tǒng)一完善的系統(tǒng)，在此基礎上利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術對家用電器等設備進行遠程開關調(diào)節(jié)控制，從而便捷地對各種家用電器電子設備實現(xiàn)了最終操作。

1 ZigBee技術概述

ZigBee屬于一種局域網(wǎng)通信協(xié)議，它基IEEE 802.15.4的標準。ZigBee又叫做紫蜂協(xié)議，它源自蜜蜂特有的八字舞，蜜蜂（即bee）之間傳遞花粉所在位置地址信息是靠飛翔和“嗡嗡”（即zig）地擺動翅膀的“舞蹈”動作實現(xiàn)的，這樣便構成了蜜蜂群體中的通信網(wǎng)絡。ZigBee是一種價格低距離短功耗少的無線網(wǎng)絡技術。ZigBee協(xié)議由下至上分別為物理層、媒體訪問控制層、傳輸層、網(wǎng)絡層和應用層。智能家居中的各種照明、抄表系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、傳感器、門禁系統(tǒng)和其他信號傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量還是比較小的，沒有必要采用具備過大傳輸速率的通信協(xié)議，只要求可靠性強、容量大、低功耗、實時性和自組織性強。綜合上述要求及相關特點，ZigBee技術是滿足智能家居控制最合適的選擇。

2 ZigBee通信協(xié)議的特點與性能

2.1 ZigBee通信協(xié)議的特點

功耗較低；容量大；距離短；成本較低；時延短；速率低；免執(zhí)照頻段；安全性強。

2.2 ZigBee技術在智能家居建筑中的性能

第一，可靠穩(wěn)定。ZigBee在物理層采用了通信中的擴頻技術，抵抗其他信號的干擾。MAC應用層具備應答重傳的特殊功能和CSMA機制，它在節(jié)點發(fā)送之前先進行掃描，并且監(jiān)聽信道，達到了避開不良干擾的效果，當ZigBee網(wǎng)絡因受到其他信號的干擾而使相關受干擾信道無法正常工作時，網(wǎng)絡會自動動態(tài)的切換到其他工作信道上，是可靠穩(wěn)定的建筑智能化中不可或缺的通信技術。第二，ZigBee節(jié)能性高。能耗特性是ZigBee協(xié)議的一個顯著技術優(yōu)勢，一般來講基于ZigBee技術的應用數(shù)據(jù)傳輸速率較低，當不需進行智能控制通信時，ZigBee節(jié)點也不工作，其處在休眠狀態(tài)，它的節(jié)能性展現(xiàn)出來，此時耗能僅有正常完全工作狀態(tài)下的千分之一。在大多數(shù)情況下，節(jié)點的休眠狀態(tài)時間占了總時間的大部分，因此，達到很強的節(jié)能效果。

3 基于ZigBee協(xié)議的組網(wǎng)技術

有三種功能設備的應用是基于ZigBee技術：一是網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。二是網(wǎng)絡路由器。三是網(wǎng)絡終端設備。前兩種屬于全功能設備（即FFD），后面一種則屬于簡化功能設備（即RFD）。ZigBee網(wǎng)絡有三種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，即星型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和樹型網(wǎng)。它們都需要至少一個全功能設備作為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器實現(xiàn)通信。ZigBee運用了動態(tài)和自主的路由協(xié)議，它基于AODV路由技術，其終端節(jié)點從不執(zhí)行任何路由協(xié)議。終端節(jié)點若要向任意一個設備傳輸數(shù)據(jù)，設備向其父設備發(fā)送加入請求，經(jīng)過父節(jié)點的同意后以自己的名義完成執(zhí)行路由。不論哪個設備給終端節(jié)點傳送數(shù)據(jù)，終端節(jié)點的上層父節(jié)點都以其自己名義回應。

4 ZigBee系列智能化家居產(chǎn)品類型

一是ZigBee遙控器。它的作用是控制對過碼的設備，且實時顯示設備狀態(tài)。采用基于IEEE 802.15.42.4GHzRFMCU及ZigBee 2007/Pro協(xié)議棧，它利用ZigBee技術紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，對智能窗簾、智能開關和網(wǎng)絡插座等予以控制，并有效控制家用電器設備和實時查詢聯(lián)網(wǎng)設備當前狀態(tài)，其利用觸摸按鍵控制音量、調(diào)光和震動喚醒；遙控器基本功能包括：支持燈光照明單開單關；支持窗簾單開單關；控制過程狀態(tài)顯示；觸摸對碼和家用其他設備控制；機械滑動鍵調(diào)光及音量調(diào)節(jié)。二是ZigBee紅外轉(zhuǎn)發(fā)器。它接收網(wǎng)關命令或者遙控器信號，把ZigBee無線信號與其紅外信號連接起來，完成無線信號到紅外信號的順利轉(zhuǎn)發(fā)，所以可利用無線網(wǎng)絡對家電等設備實現(xiàn)無線控制；應該注意的是：在使用之前需要和網(wǎng)關等設備實現(xiàn)對碼。三是ZigBee智能開關。它的優(yōu)點是安裝簡易、無線自動組網(wǎng)、性價比高、實現(xiàn)雙向通訊和維護方便；操作前需要注意的是智能開關應先與網(wǎng)關遙控器等進行單控且執(zhí)行情景對碼操作，并存儲情景對碼信息。四是無線窗簾智能控制器。它是一款基于ZigBee技術的家居智能產(chǎn)品，通過無線窗簾控制器達到控制窗簾閉合的目的，窗簾狀態(tài)反饋信號也通過控制器傳輸，實現(xiàn)雙向智能化。五是智能插座。其內(nèi)部硬件一般由功率繼電器、ZigBee控制模塊、微型開關電源等組成，若要進行遠程異地控制，它還需要一個專門的ZigBee網(wǎng)關來聯(lián)通外網(wǎng)，實現(xiàn)真正意義上的智能控制。

5 結(jié)語

綜上所述，ZigBee技術所具備的基本優(yōu)點和性能滿足了現(xiàn)代智能家居對通信方面的要求，它更具備自組織和自愈能力，它是智能家居系統(tǒng)理想的最通信方式。由最新的ARM9嵌入式系統(tǒng)、手機模塊及ZigBee模塊組成了智能家居控制器硬件；家庭網(wǎng)絡采用ZigBee無線網(wǎng)絡，組成的整個系統(tǒng)功能完善，能夠適應以后智能家居發(fā)展的需要。ZigBee技術已成為智能家居建筑中一種非常重要的技術，它在該領域必將得到大規(guī)模應用和推廣。

參考文獻

[1]盧建偉，崔璨.基于ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)概要設計[J].電子技術與軟件工程，2014（18）：25-26.

[2]白國亮.ZigBee無線通信技術及其應用前景[J].林區(qū)教學，2009（6）：79-80.

[3]祁志強.智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].智能建筑，2008（12）：42-44.

[4]龔仕偉，陳建飚.智能家居功能分析及展望[J].建筑電氣，2010（8）：53-56.